隨著全球能源需求的增長和對環(huán)境保護意識的提高，電池技術作為能源儲存和轉換的核心技術之一，備受關注。在電池技術領域，固態(tài)電芯因其具有更高的安全性、更長的壽命、更高的能量密度等優(yōu)點。
相比目前鋰離子電池所使用的液態(tài)電解液是可燃的有機碳酸酯溶劑，在電池發(fā)生熱失控時，有機溶劑迅速燃燒，如果沒有有效的散熱系統，短時間內容易引起爆炸。另一方面，以石墨為負極的現有鋰電池體系能量密度已逐漸接近能量密度極限（< 300 Wh kg?1 and 750 Wh L?1），為滿足各應用場景對能量密度的要求，則需要尋找新的化學體系。如果將固態(tài)電解質替代現在鋰電池的液態(tài)電解液并不能提高電池的能量密度，相反，比能量密度還會下降約10%。固態(tài)電池搭配新的化學體系，如鋰金屬，硅負極等，才是實現高能量密度的路線。
電解液
目前固態(tài)電池分類可以參照兩個維度：1）液態(tài)電解質含量占比；2）不同類型電解液。按照液態(tài)電解液含量占比可以分為：全固態(tài)電池（0%液態(tài)電解液）、準固態(tài)電池（1%）、半固態(tài)電池（5-10%）、凝膠聚合物電池（0-25%）。
全固態(tài)電池：電池中不存在液態(tài)電解液，電解質由一種或者多種無機或聚合物固態(tài)電解質。全固態(tài)電池的實現壁壘較高，需要解決鋰離子在界面?zhèn)鬏攩栴}。固態(tài)電解質通常分為無機和聚合物固態(tài)電解質兩大類。無機固態(tài)電解質通常由氧化物，硫化物，氫化物，鹵化物等。聚合物電解質常用的基質材料有PEO，PVDF，PVDF-HFP，PMMA以及PAN等。目前較為主流的為硫化物電池研發(fā)，但其技術難度較高，目前僅有電芯大廠在投入研發(fā)，該技術路線進展晚于其他，但是一旦技術突破將建立極高技術壁壘。
正極材料
固態(tài)電池的正極材料主要有：鋰鈷酸鋰、鋰鐵磷酸鋰、鈷酸鎳鋰、鈷酸鋁鋰。
鋰鈷酸鋰：能夠提供高能量密度和長循環(huán)壽命，但存在安全性問題。
鋰鐵磷酸鋰：具有更好的安全性和更長的壽命，但能量密度較低。
鈷酸鎳鋰：能量密度高，長循環(huán)壽命，但材料成本高，存在安全性問題。
鈷酸鋁鋰：能量密度高，但循環(huán)壽命略低于鈷酸鎳鋰。
負極材料
固態(tài)電池的負極材料主要有三種：金屬鋰、碳材料和硅材料。
金屬鋰主要應用于固態(tài)鋰離子電池和固態(tài)鋰硫電池中。其中，固態(tài)鋰離子電池是一種高能量密度的電池。
碳材料主要應用于固態(tài)鋰離子電池中。其中，碳納米管是一種常見的碳材料，它具有高的比表面積和優(yōu)異的電化學性能，可以應用于高性能的固態(tài)鋰離子電池中。
硅材料是一種新型的負極材料，它具有高的比容量和較低的成本。在固態(tài)電池中，硅材料可以與固態(tài)電解質反應，形成鋰離子，從而實現電池的充放電。與金屬鋰和碳材料相比，硅材料的比容量更高，但是它的循環(huán)穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生體積膨脹和結構破壞。
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